物联网将诞生尺寸小、电力更强的电源设备

2017-07-13 16:45:56 PCBA加工厂家 160

物联网的设计主要受模拟和RF电路设计的影响,以及半导体供应商如何应对创建小型,低功耗物联网设备的挑战。

在物联网(IoT)应用中,无线设备的需求在不断增加。设计受到尺寸和功率需求的无线产品以及无线产品需要模拟和RF专业知识不足的限制,因此半导体公司需要更多地使用设计技术来开发插头和播放片上系统(SoC)无线设备。

物联网

但是与许多物联网标准共存会造成干扰问题。尽管这些设计技术是确保传递强大、低功耗和低成本的物联网产品的关键,但射频和模拟设计的重要性在物联网系统中经常被忽略。

随着更多的物联网标准在竞争频谱,这对于物联网无线电产生了更大的要求,不仅是来自带外干扰源,而且来自带内干扰源(例如其他共同定位的IoT节点)。

例如拥挤的2.4GHz工业,科学和医疗(ISM)频段,近年来蓝牙,WiFi和Zigbee标准的活动大大增加。与标准委员会密切合作的半导体公司在设计在这些环境中运行的无线系统面临中挑战。

随着物联网景观从短距离连接(如蓝牙和Zigbee)向SigFox和LoraWan等低功率广域网的长距离连接发展,低噪声高压缩点无线电接收机的设计是满足系统范围非常重要要求。

传输链中使用有效的调制方案和放大器也可确保功耗最小化。通过创建集成产品,半导体公司越来越接近真正的即插即用系统,但仍然需要使用RF和模拟印刷电路板布局技术来优化系统性能。

需要的是低功耗,低成本和小尺寸。大多数电池供电的物联网应用将涉及需要定期供电以进行测量的传感器,然后将生成的信息发送到网关,随后进入低功率或睡眠状态直到下一次传输。

这需要尽可能有效地延长电池寿命。从混合信号设计到电池的模拟设计技术以及SoC的电源管理对于实现这一点至关重要。

为了继续采用物联网系统,低成本和小尺寸是非常重要因素。具有少量外部元件的高度集成的芯片可在三个主要领域降低了整体系统成本。首先,削减设计外部电路设计时间。其次,与其他的集成成本最小化。第三,通过使用较少的组件来降低构建成本。

例如,竞争激烈的蓝牙低功耗市场的SoC提供完全集成的解决方案,使芯片能够从多个来源提供电源,并集成所有模拟电源管理功能。

对于大容量(> 100万)稳定的物联网设计,定制专用集成电路(Asics)是进一步降低成本的途径。它们可用于浸泡一些外部组件,并进一步减小尺寸。

可以通过优化硬件体系结构降低成本,并使用少量的输入和输出连接以及最少使用昂贵的内部存储器来消除不必要的功能。

在当今市场上,理想的物联网系统是天线,SoC和电源 - 电池的三分量系统。需要天线来满足物理学的基本要求,以允许RF信号传播。 SoC通过单个芯片和只有少数外部组件(<10)来接近这一要求。一些外部组件,如晶体振荡器,在RF IoT系统中是必需的,以满足严格的频率和时序要求。然而,电池可以被去除,并且将消除其他问题,例如几个月或几年的更换和维护成本。

一种解决方案是使用模拟电路来创建自供电的物联网系统。这将使用能量收集来消除对电池的需要,或者可以用诸如超级电容器的具有成本效益的永久能量存储装置来代替。

收获的电源可能包括光,热,动力甚至射频。能量采集电路可以并入SoC中,并用于转换电流的电压产生的水平可以为其供电。

如果物联网系统能够发挥其全部潜力,半导体公司将面临进一步整合的需求的挑战 - 也许是采用诸如印刷电子产品等开发工具,不仅可以生产SoC,而且 将其与能量收集方法结合起来,并与包含天线的基板一起生产整个物联网系统。RF和模拟设计技术的稀缺资源远未被遗忘,并已从物联网开发环境转移到半导体设计提供快速、有效和易于使用的无线构建模块。



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